`
đại học thái nguyên
trờng đhkt công nghiệp
***
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
o0o Thuyết minh
luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Đề tài:
Nghiên cứu, ứng dụng thiết bị đo
cơ điện tử cho máy công cụ vạn năng nhằm
nâng cao độ chính xác dịch chuyển Học viên : Trần Thị Phơng Thảo
Lớp : Chk9 - ctm
Ngành : công nghệ chế tạo máy
Hớng dẫn khoa học: ts. Hoàng vị khoa sau đại học
TS. Nguyễn Văn Hùng
ngời hớng dẫn


Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
MỤC LỤC
Nội dung
Trang
Phần mở đầu
10
Chương I. Tổng quan về dề tài
13
1.1. Các khái niệm cơ bản về đo lường
13
1.1.1. Đo lường
13
1.1.2. Đơn vị đo – Hệ thống đơn vị đo
13
1.1.3. Phương pháp đo
13
1.1.4. Kiểm tra
14
1.1.5. Phương tiện đo
15
1.1.6. Các chỉ tiêu đo lường
15
1.2. Nguyên tắc cơ bản trong đo lường
16
1.2.1. Nguyên tắc Abbe
16
1.2.2. Nguyên tắc chuỗi kích thước ngắn nhất
16

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
2.2. Các hệ thống đo dịch chuyển cơ khí sử dụng trên máy vạn năng
47
2.2.1. Đo dịch chuyển thẳng
47
2.2.2. Đo dịch chuyển góc
50
2.3. Sai số của hệ thống đo dịch chuyển cơ khí
51
2.3.1. Sai số của hệ thống đo trực tiếp
51
2.3.2. Sai số của hệ thống đo gián tiếp
53
2.4. Kết luận chương II
54
Chương III. Dụng cụ đo và phương pháp đo dịch chuyển dùng thiết bị đo
Cơ điện tử
55
3.1. Các phương pháp đo dịch chuyển
55
3.1.1. Một số khái niệm liên quan đến phép đo vị trí
55
3.1.2. Các phương pháp đo
55
3.2. Các thiết bị đo vị trí trên máy NC
59
3.2.1. Các dạng xác định chỉ tiêu vị trí
60

85
2. Hướng nghiên cứu tiếp
86
Tài liệu tham khảo
87
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM

Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
7
DANH MC CC HèNH V - NH CHP

TT Hỡnh Ni dung Trang
1
Hỡnh 1.1
Phân bố chuẩn của các giá trị đo riêng lẻ.

23
2 Hỡnh 1.2
Cỏc ngun gõy sai s ca mỏy cụng c (Anderson
1992)
27
3
Hỡnh 2.1
Thc cp
32
4
Hỡnh 2.2

42
14 Hỡnh 2.12
Nguyên lớ làm việc và cấu tạo của đồng hồ đo mặt
đầu
43
15 Hỡnh 2.13 Mt ct l cụn 45
16 Hỡnh 2.14
Rónh mang cỏ
45
17 Hỡnh 2.15 Nguyờn o gúc bng thc sin v thc tang 45
18
Hỡnh 2.16
S ca dng c o gúc t vi
46
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
8
19
Hỡnh 2.17
Mặt cắt bàn dao ngang máy tiện 1K62

48
20
Hỡnh 2.18
Sơ đồ động bàn dao máy 16K20

49
21 Hỡnh 2.19
Nguyên tắc làm việc của máy đo góc mang tên là
đầu chia độ.

58
28 Hỡnh 3.3
Đo vị trí gián tiếp thông qua bộ bánh răng -
thanh răng

58
29
Hỡnh 3.4
Đo vị trí bằng đại lợng tơng tự
59
30
Hỡnh 3.5
Đo vị trí bằng đại lợng số

59
31
Hỡnh 3.6
Đo vị trí chu kỳ tuyệt đối

60
32 Hỡnh 3.7
Các dạng do vị trí và thành phần đo: D đo trực tiếp,
I đo gián tiếp, R kiểu quay, T tuyến tính
61
33 Hỡnh 3.8
Nhân tố ảnh hởng trong cảm biến dữ liệu đo trực
tiếp và đo gián tiếp
62
34
Hỡnh 3.9

Nguyên lý của hệ thống industosyn scale
72
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9

41
Hình 3.17
Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña ®Çu kÝch quang ®iÖn
®éng (phillips)
74
42
Hình 3.18
Bộ mã hóa tuyến tính thu gọn
75
43 Hình 3.19
Hình ảnh đỉnh dao sau 4,1 phút khi gia công với
v = 110 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng)
76
44 Hình 3.20
Hình ảnh đỉnh dao sau 6,1 phút khi gia công với
v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng)
76
45 Hình 3.21
Hình ảnh đỉnh dao sau 6,0phút khi gia công với
v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng)
77

nõng cp chớnh xỏc khi o dch chuyn t rờn mỏy cụng c, cú th ng dng
phng phỏp o trc tip hoc o giỏn tip vi thiết bị đo cơ điện tử.
Phng phỏp o trc tip l phng phỏp o bỏm sỏt v trớ cn o hay cỏc
bin i v trớ khụng cn n cỏc dn ng c khớ trung gian. H thng o c
ghộp trc tip vi chuyn ng cn o. Phng phỏp ny cho chớnh xỏc khi o
rt cao. Tuy nhiờn nu s dng phng phỏp o ny do dch chuyn trờn mt s
mỏy s gp khú khn khi lp t thiết bị đo, do hn ch khụng gian, nh hng mụi
trng v giỏ thnh thiết bị đo cao. Vỡ vy cú th thay s dng phng phỏp o giỏn
tip với thiết bị đo dùng phơng pháp đo gián tiếp, õy l phng phỏp o m v trớ
cn o c o thụng qua mt dn ng c khớ trung gian. Cỏc thit b o dựng
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
11
phng phỏp o giỏn tip cú giỏ thnh khụng quỏ cao m cỏc sai s gp phi khi o
cú th khc phc c.
Trên thực tế hiện nay đã có nhiều máy vạn năng đợc ứng dụng thiết bị
đo hiện đại để nâng cao độ chính xác của máy, chủ yếu là độ chính xác dịch chuyển,
nhng cha thy một nghiên cứu phân tích cụ thể nào về nó. Vì vậy ti: Nghiờn
cu ng dng thit b o c in t cho mỏy cụng c vn nng nhm nõng cao
chớnh xỏc dch chuyn là đề tài cú kh nng hin thc v cn thit. Qua đề tài
này cho chúng ta những hiểu biết cơ bản về các dạng sai số đo dịch chuyn thờng
gặp trên máy công cụ vạn năng hiện nay, các phơng pháp đo và các thiết bị cơ điện
tử từ đó có những phân tích cụ thể để có những lựa chọn hợp lý ứng dụng trực tiếp
trên một máy vạn năng cụ thể nhằm nâng cao độ chính xác dịch chuyển của máy
này đồng thời nghiên cứu đa ra những phơng pháp để giảm sai số cho dụng cụ đo
lựa chọn, từ đó góp phần đáng kể nâng cao độ chính xác gia công của máy.
2. í ngha khoa hc v thc tin ca ti.
a. í ngha khoa hc.
Nghiờn cu, kho sỏt tng quan v cỏc thit b o thụng thng v thit b
o c in t. Cỏc phng phỏp o dch chuyn, v t ú ng dng nõng cao

5.4 Nghiên cứu đưa ra giải pháp tính toán thiết kế và triển khai đề tài trên
máy tiện ren vít vạn năng. Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
13
Chơng I: Tổng quan về đề tài
1.1 Các khái niệm cơ bản về đo lờng
1.1.1 Đo lờng
Đo lờng là định lợng độ lớn của đối tợng đo, tức là thiết lập mối quan hệ
giữa đại lợng cần đo và một đại lợng đại lợng có cùng tính chất vật lý đợc quy
định cùng làm đơn vị đo.
Thực chất đo lờng là so sánh đại lợng cần đo với đơn vị đo để tìm ra tỷ lệ
giữa chúng. Độ lớn đối tợng đo đợc biểu diễn bằng trị số của tỷ lệ nhận đợc,
kèm theo đơn vị đo dùng khi so sánh.
Ví dụ:
Đại lợng cần đo là Q, đơn vị đo dùng so sánh là u. Khi so sánh tỷ lệ giữa
chúng:
q
u

Trong phơng pháp đo tuyệt đối, giá trị thị trên dụng cụ đo là giá trị đo đợc.
Phơng pháp này đơn giản, do hành trình đo dài nên độ chính xác không cao.
Trong phơng pháp đo so sánh, giá trị mẫu chỉ thị trên dụng cụ cho sai lệch
giữa giá trị đo và giá trị mẫu chuẩn dùng khi chỉnh 0 cho dụng cụ đo. Kết quả đo
bằng tổng giá trị chuẩn và giá trị chỉ thị chỉ thị.
Dựa vào quan hệ giữa đại lợng cần đo và đại lợng đợc đo chia thành
phơng pháp đo trực tiếp và phơng pháp đo gián tiếp.
Trong phơng pháp trực tiếp, đại lợng đợc đo chính là đại lợng cần đo,
phơng pháp này có độ chính xác cao nhng hiệu quả không cao.
Trong phơng pháp đo gián tiếp, đại lợng cần đo có quan hệ hàm số với đại
lợng đợc đo.

1.1.4. Kiểm tra
Kiểm tra là việc xem xét thông số hình học của chi tiết có nằm trong giới hạn
cho phép hay không.
Căn cứ vào mục đích sử dụng của yếu tố cần kiểm tra chia thành kiểm tra thu
nhận và kiểm tra trong khi gia công.
Kiểm tra thu nhận, để phân loại sản phẩm đạt và không đạt yêu cầu.
Kiểm tra trong khi gia công, để theo dõi sự thay đổi kích thớc kích thớc chi
tiết gia công -thông số đo. Do đó, hệ thống điều khiển đa ra tác động ngợc vào hệ
thống công nghệ, nhằm tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu.
Căn cứ vào mức độ phức tạp của thông số kiểm tra chia thành kiểm tra yếu tố
và kiểm tra tổng hợp.
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
15
Kiểm tra yếu tố đợc thực hiện riêng với thông số mà nó có thể ảnh hởng
nhiều tới chất lợng sản phẩm.
Trong kiểm tra tổng hợp, kiểm tra đồng thời sự ảnh hởng của các yếu tố đến
chất lợng sản phẩm. Phơng pháp này thờng đợc dùng để kiểm tra thu thập sản

đại lợng đo.
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
16
Phạm vi chỉ là phạm vi của thang đo giới hạn bởi giá trị đầu vào và giá trị
cuối thang. Nếu kim chỉ nằm ngoài thang đo, cũng có nghĩa là nằm ngoài phạm vi
chỉ.
Phạm vi đo là một miền của phạm vi chỉ, trong đó sai số dụng cụ đo nằm
trong giới hạn chỉ số cho phép của nó. Một số dụng cụ có thể có nhiều phạm vi đo
và thờng thì phạm vi đo lớn nhất có thể bằng phạm vi chỉ.
Lực đo là lực nén do trục của dụng cụ tác động lên vật đo trong phép đo tiếp
xúc.
Sai số giới hạn là sai số lớn nhất cho phép.
Độ lệch chuẩn của dụng cụ đo là giá trị lớn nhất cho phép của độ lệch chuẩn
các giá trị đo riêng rễ đợc thực hiện trên dụng cụ đo.
Hồi sai là chênh lệch giữa hai lần chỉ thị đối với cùng một kích thớc đo khi kim chỉ
thị di chuyển từ giá trị nhỏ hơn và từ giá trị lớn xuống đến kích thớc đo này.
Độ tản mạn số chỉ là chênh lệch lớn nhất giữa các giá trị trên dụng cụ đo khi
phép đo tiến hành lặp lại nhiều lần với cùng một hớng di chuyển trục đo và trong
cùng một điều kiện đo.

1.2. các nguyên tắc cơ bản trong đo lờng
1.2.1. Nguyên tắc Abbe
Khi kích thớc đo và kích thớc mẫu nằm trên một đờng thẳng thì kết quả
đo đạt độ chính xác rất cao.
Kích thớc của chi tiết đo có thể đợc đặt nối tiếp hoặc song song với thớc
mẫu. Trên các dụng cụ đo kích thớc, chẳng hạn nh thớc cặp giữa đầu đo di trợt
và thân thớc có thể hở. Do lắp ghép có độ hở, áp lực đo và biến dạng gây ra sai số
đo.


xxx
=

Ví dụ:
Một panme đợc hiển thị bằng căn mẫu chuẩn 20 mm. Nếu bỏ qua sai số của
mẫu và chỉ số trên panme là 19,998 mm, thì sai số tuyệt đối của panme ở vị trí này
là:
19,998 20,000 0,002x mm= =

Sai số cũng đợc biểu diễn dới dạng tơng đối nh sau:
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
18
x
Sai so tuong doi
Gia tri thuc

=

Do ảnh hởng của nhiều nguyên nhân, sai số đồng thời mang tính hệ thống
và tính ngẫu nhiên.
*
Ngyên nhân và phân loại sai số đo
Nếu bỏ qua sai số rối, sai số bao đo bao gồm sai số hệ thống và sai số ngẫu
nhiên.
Nguyên nhân gây ra sai số đo do:
- Sai số của phơng tiện đo;
- Sai số của phơng pháp đo;
- Tính chất vật lý và đo lờng của đối tợng đo;
- ảnh hởng của môi trờng đo;

Đối với phép đo trực tiếp, độ không đúng đợc xác định theo công thức:
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
19
y =

=

k
j
j
1

Trong đó j là sai số hệ thống không đổi của các giá trị đo x
j
, với j =1,2, , k.
Đối với phép đo gián tiếp hay so sánh, từ mối quan hệ giữa đại lợng cần tìm
y với các đại lợng đo trực tiếp độc lập x
j
, với j = 1, 2, , k đợc thể hiện thông qua
hàm
( )
12
, , ,
k
y fxx x=
. Các đại lợng đo độc lập x
j
chứa sai số hệ thống không đổi
là x


=



=
k
j
j
j
x
x
f
y
1
.

Khi
( )
j
y fx=
là một hàm tuyến tính thì :
1=


j
x
f
và


o
C cần đợc tính toán và xử lý trong kết quả đo theo
công thức :
ll t

=

Trong đó:
l
- Sai lệch do nhiệt độ đo khác nhiệt độ chuẩn
0
20 C
;
l - Chiều dài đoạn đo;

- Hệ số dãn nở chiều dài;
t
- Chênh lệch nhiệt độ so với
0
20 C
.
- ảnh hởng của ngời đo: Sai số của hệ thống đo đọc, ngắm vạch chia,
phụ thuộc nhiều vào ngời đo. vì vậy nên tránh thay đổi ngời đo trong khi đang
thực hiện một phép đo hay một dãy đo.
Hồi sai của dụng cụ do: nguyên nhân của hồi sai là do ma sát và hiện tợng
biến dạng đàn hồi trong dụng cụ đo. Giá trị hồi sai thờng không ổn định, nhng
phải nằm trong một phạm vi nhất định.trong thực tế cần tính đên nó trong một phép
đo nh độ đro bằng đồng hồ so.
- Lực đo: Trong phép đo theo kiểu cơ khí, luôn tồn tại một lực đo nhất định,
để đẩy lớp không khí ở vị trí tiếp xúc và vợt lực ma sát trong dụng cụ đo. Nhiều khi

F
a
D
=

Bi với bi:

2
3
12
11
0,415. .aF
DD

= +



Trụ giữa hai mặt phẳng:
3
1
0,092. .
F
a
lD
=

Trong đó:
F Lực đo hay trọng lực của vật (N);
D, D

1
2


=

=
n
xx
s
n
i
ni

Trong đó:
x
i
Giá trị của kết quả đo thứ i;
x
m
Giá trị trung bình từ n giá trị đob riêng rẽ;
n Số lần đo lặp.
Nếu tăng số lần đo n lên rất lớn (trên 200 lần) , thì sai lệch bình phơng trung
bình s sẽ đạt tới giá trị giới hạn và trở thành độ lệch chuẩn .
Chú ý rằng , khi tính độ lệch chuẩn hay sai lệch bình phơng trung bình s,
cần phải quy tròn giá trị trung bình x
m
tới số thập phân đứng sau vị trí thập phân của
giá trị đo riêng rẽ x
i

2,3 + 0,03
- 0,07
+ 0,13
+ 0,13
- 0,27
0,0009
0,0049
0,0169
0,0169
0,0729
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
23
6
7
8
9
10
2,5
2,8
2,7
2,3
2,6
2,57 - 0,07

=

=

Giả sử các giá trị đo riêng rẽ của phếp đo trên xuất hiện theo phân bố chuẩn
nh tronh hình 1.1 và n đủ lớn thì trong phạm vi :
x
m
s sẽ có xác suất xuất hiện giá trị đo riêng rẽ là p = 68,3%;
x
m
2s sẽ có xác suất xuất hiện giá trị đo riêng rẽ là p = 95,4%;
x
m
3s sẽ có xác suất xuất hiện giá trị đo riêng rẽ là p = 99,7%.
x
i
y
0
x
m





Hình 1.1: Phân bố chuẩn của các giá trị đo riêng lẻ.
Nếu sai số hệ thống đã đợc loại trừ , thì giá trị đo trung bình sẽ đợc bao bởi
hai giới hạn của khoảng mà trong đó giá trị thực của đại lợng đo có thể xuất hiện
với một xác suất p đã chọn . Khi đó các giới hạn này đợc gọi là giới hạn tin cậy và

vào n và xác xuất p.
Số lợng các giá trị
riêng rẽ n
P = 95% P = 99%
t
n
t

t
n
t

3
4
5
6
8
10
20
30
50
100
200
Trên 200
4,3
3,2
2,8
2,6
2,4
2,3

5,7
2,9
2,1
1,6
1,24
1,03
0,64
0,50
0,38
0,26
0,18
0
Trong kỹ thuật , thờng chọn p = 95% .
Kết quả phép đo đợc biểu diễn theo công thức:
x = x
m
v với xác xuất P .
1.4. tổng quan về sai số trên máy công cụ
1.4.1 Các nghiên cứu về sai số trên máy công cụ
Da trờn cỏc kt qu nghiờn cu trờn CMM, nhiu nh nghiờn cu mỏy cụng
c ó tp trung vo mụ hỡnh sai s mỏy cụng c. Cỏc lý do chớnh, cỏc nguyờn nhõn
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
25
chính gây ra các sai số chuyển động là sai số hình học, quá trình cắt, cơ cấu dẫn
động và môi trường. Mỗi lĩnh vực đã nhận được sự tập trung của nhiều nhà nghiên
cứu trong quá khứ. Tải trọng tĩnh của máy công cụ tạo ra từ lực tác động trong quá
trình và số lượng của phôi và chi tiết máy. Do sự thay đổi các chế độ cắt trong quá
trình cắt, độ lớn và hướng của lực và momen thay đổi, cũng như điểm đặt lực, điều
này làm biến dạng thân máy. Tải tĩnh và khối lượng của phôi được gia công tạo ra